磷化氫在半導體工藝中的用途

原文作者：芯片智造

磷化氫（PH?）真是讓人又愛又恨！PH?是半導體制造中常用的氣體。在離子注入，CVD工序中經常會看到，用途很廣泛。但是PH?又是一種高度危險的氣體，具有強大的破壞性，那么PH?有什么特別用途讓人們寧愿冒著風險也要使用呢？

什么是磷化氫？ 磷化氫的結構

磷化氫，是化學中最容易被誤解的化合物，原因是它是具有非極性鍵的極性分子。磷化氫具有中心磷 (P) 原子。它通過單個共價鍵與三個氫 (H) 原子鍵合。P-H 鍵是非極性的，但是PH?分子具有孤對電子和彎曲結構，所以分子又是極性的。

物理性質 物態(tài)：常態(tài)下磷化氫是一種無色的氣體。 氣味：純凈的磷化氫（PH?）是無味的。但是一般會摻入P2H4。因此聞起來具有腐魚或大蒜的臭味。 沸點與熔點：磷化氫的沸點為-87.5℃，熔點為-133.22℃。 密度：相對于空氣，PH?較輕。

化學性質

易燃：PH?與空氣混合可形成易燃的混合物，具有爆炸風險，能自燃。

毒性：磷化氫有劇毒，吸入后可對人體造成嚴重傷害。

與金屬的反應：某些金屬在PH?的氛圍下，可能生成相應的磷化物。

磷化氫在半導體工藝中的用途 離子注入工序

PH? 是常用的n型摻雜氣體。什么是n型摻雜？硅是四價元素，每個硅原子與四個鄰近的硅原子共享電子形成共價鍵。當將五價的磷引入到硅晶體中時，其中一個價電子不參與共價鍵的形成，從而成為自由電子。這個額外的電子增加了晶體的導電性，這種摻雜方式稱為n型摻雜。PH?分子被分解，產生磷原子，隨后被加速射向硅片表面，使其嵌入到硅片內部，從而實現(xiàn)n型摻雜。

CVD工序：PH?是一個非常理想的磷源，可用于沉積磷或含磷薄膜，如磷化硅(SiP)。在CVD中同時引入PH?和硅烷，利用PH?的P與硅烷中的Si，在硅基底上反應，形成磷化硅薄膜。

磷化氫的毒性

磷化氫可以通過呼吸被吸收到體內。它會影響體內氧氣的運輸或干擾體內各種細胞對氧氣的利用。短期呼吸接觸磷化氫氣體不應超過 1 ppm。過度接觸磷化氫氣體會導致嘔吐、腹瀉、呼吸困難、暈厥以及肺水腫。

對磷化氫的防護

使用合適的防毒面具，佩戴護目鏡。 在處理PH?時應始終在良好通風的環(huán)境中工作。 車間里有特定的氣體探測器來實時監(jiān)測PH?的濃度。

處理磷化氫時，始終要保持警惕，遵循所有的安全操作程序。

編輯：黃飛